《电子技术应用》

第7节 SMT检测与返修

2017/11/15 14:41:38

7.1 SMT检测内容

SMT检测技术的内容很丰富,基本内容包含:原材料来料检测、工艺过程检测和组装后的组件功能检测等,如图8-1所示。

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图8-1 SMT产品检测过程

原材料来料检测包含PCB和元器件的检测,以及焊膏、焊剂等所有SMT组装工艺材料的检测,表8-1所示。

表8-1  来料检测主要内容和基本检测方法

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在表面贴装过程中,线路板组件贴装生产将要经历焊膏印刷、贴装、回流焊(波峰焊)等工序,每个工序都可能存在质量问题而直接影响产品的合格率。工艺过程检测包含印刷、贴片、焊接、清洗等各工序的工艺质量检测,组件检测和组件外观检测、焊点检测、组件性能测试和功能测试等,表8-2所示。

(1)PCB检测

PCB缺陷可大致分为短路(包括基铜板短路、电镀短路、尘埃短路、凹坑短路、污渍短路、干膜短路、蚀刻力度不够短路、镀层太厚短路、刮擦短路等),开路(包括重复性的开路、刮擦开路、真空开路、缺口开路等) 。

(2)印刷质量检测

印刷缺陷有很多种,大体上可以分为焊盘上焊膏不足、焊膏过多;大焊盘中间部分焊膏刮擦、小焊盘边缘部分焊膏拉尖;印刷偏移、桥接及沾污等,形成这些缺陷的原因包括焊膏流变性不良、模板厚度和孔壁加工不当,印刷机参数设定不合理、精度不高、刮刀材质和精度选择不当、PCB加工不良等,通过AOI可以有效监控焊膏印刷质量,并对缺陷数量和种类进行分析,从而改善印刷制程。

(3)贴装质量检测:元件贴装环节过程中常出现漏贴、偏移、歪斜、极性相反等缺陷。

(4)焊接质量检测:检测元器件的缺失、偏移和极性相反等情况,焊点的正确性以及焊膏是否充分、焊接短路和元器件翘脚等缺陷进行检测。

表8-2  组装工艺过程中的主要检查项目

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8.2 SMT检测方法

SMT工艺中常用的检测技术主要包括人工目检(MVl),自动光学检测(AOI),在线电路检测(ICT),自动X射线检测(AXl),功能检测(FT),飞针测试(FP)等方法。随着电子产品的微小型化,元器件也不断地朝着微小型化方向发展,引脚间距现朝着0.1mm甚至更小的尺寸发展,布线也越来越密,BGA/CSP/FC的使用也越来越多,SMA组件也越来越复杂。这一切对用SMT生产的产品质量检测技术提出了非常高的要求。 

8.2.1人工目检 

人工目检是SMT检验作业的一个基本手段,即利用人的眼睛和简单的光学放大器件(放大镜)对电路板、点胶、焊膏印刷、贴片、焊点及电路板表面质量进行人工检查,是一种投资少且行之有效的方法,在 SMT组装工艺中仍在广泛采用。 

目视检验主要目的是检验外观不良,作业的重点是来料检验、PCB及焊点外观、缺件、错件、极性反、偏移、立碑等项目。

目视检验作业所使用的工具包括:放大镜、显微镜、防静电手套、工作服、镊子、防静电刷子等。此外,结构性检验工具:如拉力计、扭力计。特性检验:使用检测仪器或设备(如万用表、电容表、LCR表、示波器等)。

人工目视检查具有较大的局限性:如重复性差,不能精确定量地反映问题,劳动强度大,不适应大批量集中检查,对不可视焊点无法检查,对引脚焊点内部不能检查。对元器件表面的微小裂纹也不能检查,而且劳动强度大,对检测人员的视力伤害大,不适合大批量生产。 特别是元器件引脚的微小化,对人工目检是一个很大的挑战,给人工目检增加了难度,因此,这种方法在现代大规模生产中的使用就受到限制。

8.2.2自动光学检测

人工目检就显得力不从心,其稳定性和可靠性难以满足生产和质量控制的需求,这一切对用SMT生产的产品质量检测技术提出了非常高的要求,故采用自动光学检测(Auto optical Inspect  AOI)实现自动化检测就越来越重要。

自动光学检测(AOI)采用了计算机技术、高速图像处理和识别技术、自动控制技术、精密机械计算和光学技术,用光学手段(CCD摄像头+辅助光)获得检测物体的照明图像并经过数字化处理,然后以某种方法进行比较、分析、检验和判断,相当于将人工目视检测自动化、智能化。 

8.5 SMT的返修技术

8.5.1返修工艺目的

在SMT的整个工艺制程中,由于焊盘设计不合理、不良的焊膏印刷、不正确的元件贴装、焊膏塌落、再流焊不充分等,都会引起开路、桥接、虚焊和不良润湿等焊点缺陷;对于窄间距SMD器件,由于对印刷、贴装、共面性的要求很高,因此引脚焊接的返修很常见;在波峰焊工艺中,由于阴影效应等原因也会产生以上焊点缺陷。

另外,由于在装贴过程中漏贴的元器件、贴错位置以及损坏的元器件;在线测试或功能测试以及单板和整机调试后也有一些需要更换的元器件。因此,这些情况都需要通过手工借助必要的工具进行修整后可祛除各种焊点缺陷,从而获得合格的焊点。

8.5.2 SMT维修用具和材料

对于有缺陷的SMA就需求进行返修。一是采用恒温烙铁(手工焊接)进行返修,二是采用返修工作台(热风焊接)进行返修。不论采用哪种方式都要求在最短的时间内形成良好的焊接点。利用返修工作台主要是对QFP、BGA、PLCC等元器件的缺陷而手工无法进行返修时采用的方法,它通常采用热风加热法对元器件引脚进行加热,但须配合相应喷嘴。较高级的返修工作台其加温区可以做出与回流炉相似的温度曲线。

SMT由于产品不良的类型不同,用到的工具也不同,主要有:恒温焊台(电烙铁)、热风枪、L、C、R测试仪、静电环、镊子、美工刀等工具(见图8-7)。

热风枪:用于拆卸和焊接贴片元件、贴片集成电路。

电烙铁:用于焊接或补焊贴片元件、贴片集成电路。

手指钳:拆卸时将贴片元件、贴片集成电路夹住;焊锡熔化后将元件取下;焊接时用于固定元件。

带灯放大镜:便于观察元件的位置。

防静电手腕:戴在手上,用以防止人身上的静电损坏手机元件器。

吹耳球:用以将元件周围的杂质吹跑。

2.工艺材料

助焊剂:可选用品牌助焊剂或松香水(酒精和松香的混合液),将助焊剂加入元件周围便于拆卸和焊接。

无水酒精或三氯甲烷:用以清洁线路板。

焊锡丝:焊接时使用。

抽风机:用于吸走焊接时助焊剂所挥发出的烟尘等。

植锡板:用于BGA芯片植锡,尽量选择优质植锡板。

刮锡工具:用于刮除锡浆。可选用六件一套的助焊工具中的扁口刀。一般的植锡套装工具都配有钢片刮刀或胶条。

常用辅助工具如图2-2所示。

8.5.3  SMT组件的返修过程

    就整个SMT组件的返修过程分析,可分为拆焊器件整形、PCB焊盘清理、贴放、焊接、清洁等几个步骤:

(1)拆焊

拆焊就是将返修器件从已固定好的SMT组件的PCB上取下,其根本原则是不损坏或损伤被拆器件本身、周围元器件和PCB焊盘。

(2)器件整形

    要想继续使用已拆下器件,必须对器件进行整形,一般情况下拆下的器件的引脚或焊球都会有不同程度的损伤,如细间距封装器件的引脚变形,BGA的焊球脱落等情况。

(3)PCB焊盘清理

PCB焊盘清理应包含焊盘清洗和整平等工作,利用焊锡清扫工具,扁头烙铁,辅以铜质吸锡带将残留于焊盘上的焊锡去除,再以无水酒精或认可的溶剂擦拭去除细微物质和残余助焊剂等成分。

(4)贴放器件

    在实施贴放元器件动作之前的一个关键步骤是将准备好的焊膏印刷至对应的已清理平整的焊盘上,该工作一般是手工进行,所需要的工具是开孔与要贴放元器件引脚或凸点相适合的小型模板及不锈钢的印刷刮板。

(5)返修焊接

返修的焊接过程基板可以归类为手工焊接及回流焊接过程,需要根据元器件及PCB布局特征、使用的焊接材料特性等进行周密考虑。

(6)返修清洗

    若使用焊膏、焊剂、焊胶等材料的热风回流返修焊接,除非对清洁度有特殊要求,一般情况下都不会采用清洗工艺,当使用免清洗焊料时更是如此。

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